Đang tải... (xem toàn văn)
Full tài liệu, đề, bản thuyết minh, bản in A0 bảo vệ, có file mô phỏng soliwork và matlab của đồ án thiết kế dẫn động bàn máy CNC. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 2 1.1 Tổng quan về máy công cụ điều khiển bằng chương trình số (máy CNC) 2 1.1.1 Giới thiệu chung về máy công cụ CNC 2 1.1.2 Đặc trưng cơ bản của máy CNC 3 1.1.3 Mô hình khái quát máy CNC 4 1.1.4 Các phương pháp điều khiển 6 1.2 Giới thiệu về máy phay điều khiển số cnc (Computeriered Numberical Control) 7 1.2.1 Sơ đồ kết cấu động học của máy phay CNC 8 1.2.2 Các cơ cấu đặc trưng của máy phay điều khiển số 9 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÀN MÁY PHAY 13 2.1 Số liệu cho trước 13 2.2 Kết quả tính toán 14 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN BÀN MÁY CNC BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 15 3.1 Phương pháp tính toán và giải thuật các hàm nội suy 15 3.2 Bộ điều khiển động cơ bàn máy x, y theo PID 18 3.2.1 Bàn X 18 3.2.2 BÀN Y 28 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHI GIA CÔNG THEO QUỸ ĐẠO CHO TRƯỚC 33 4.1 Tìm hiểu khối công cụ Simmechanics trong Matlab 33 4.2 Giới thiệu về Simulink trong Matlab 36 4.3 Mô phỏng bàn máy chạy theo quỹ đạo mong muốn 38 4.3.1 Gia công thẳng: 38 4.3.2 Điều khiển tròn: 51 PHỤ LỤC 57
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 LỜI MỞ ĐẦU Trong nghiệp cơng nghiệp hóa – đại hóa, phát triển khoa học kĩ thuật vấn đề quan trọng cần quan tâm lớn Mỗi ngành khí, điện tử, tin học có tảng khoa học vững tạo sản phẩm đặc trưng riêng Tuy nhiên, yêu cầu thời đại đặt yêu cầu cao cách hoạt động máy móc, yêu cầu máy móc cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển chuyển thông minh Việc sử dụng máy móc để thay sức lao động người xu hướng tất yếu để tăng suất lao động, tạo nhiều sản phẩm chất lượng cao Máy CNC tiến phát triển vượt bậc công nghiệp.Sự xuất máy CNC nhanh chóng làm thay đổi trình sản xuất cơng nghiệp Các đường cong thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực lượng lớn thao tác người giảm thiểu Việc gia tăng tự động hóa trình sản xuất tạo nên xác chất lượng ngày cao Máy CNC phổ biến như: máy tiện CNC, máy phay CNC, máy cắt laze, máy cắt dây CNC, Sự tiến kĩ thuật, trí thơng minh nhân tạo, điều khiển số tạo máy CNC có nhiều trục 3, trục chuyển động ngày linh hoạt khéo léo Bản đồ án trình bày chủ yếu máy phay CNC có trục Với đề tài giao: “Thiết kế điều khiển truyền động bàn máy cho máy phay CNC”, lần tiếp xúc với đề tài em nhận thấy đề tài hay thực tế Q trình làm hồn thành đề tài giúp em tổng hợp kiến thức học kiến thức thực tế liên quan đến công việc em sau làm Đồ án tiếp nối đồ án “thiết kế khí”, tập trung lớn vào việc điều khiển Vì vậy, phần tính tốn khí trình bày cốt lõi cần thiết cho việc điều khiển Lời cuối em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn TS Đặng Thái Việt bảo giúp đỡ tận tình để em hoàn thành thuyết minh đồ án ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan máy công cụ điều khiển chương trình số (máy CNC) 1.1.1 Giới thiệu chung máy công cụ CNC Ở máy cắt thông thường, việc điều khiển chuyển động thay đổi vận tốc phận máy phải thực tay, thời gian phụ thường lớn Do nâng cao suất lao động Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hành tự động hóa trình điều khiển Trong sản xuất hàng loạt hàng khối từ lâu người ta áp dụng phương pháp gia cơng tự động với việc tự động hóa trình điều khiển vấu tỳ, mẫu chép hình, cam trục phân phối…Đặc điểm loại máy rút ngắn thời gian phụ , thời gian chuẩn bị sản xuất dài, phù hợp với sản xuất khối lượng lớn, không phù hợp với sản xuất lượng nhỏ mặt hàng thay đổi thường xuyên Yêu cầu tìm phương pháp điều khiển đặt Với đời phương pháp điều khiển theo chương trình số giải vấn đề Đặc điểm quan trọng việc tự động hóa q trình gia công máy công cụ điều khiển chương trình số (máy NC máy CNC) đảm bảo cho máy có tính vạn cao Điều cho phép gia công nhều loại chi tiết, phù hợp với sản xuất loạt nhỏ loạt vừa (chế tạo 70% sản phẩm ngành chế tạo máy) Các máy cơng cụ điều khiển chương trình số – máy NC (numerical control) máy tự động điều khiển toàn hoạt động hay vài hoạt động, hành động điều khiển sản sinh sở cung cấp liệu dạng lệnh Các lệnh hợp thành chương trình làm việc, lệnh ghi lên cấu mang chương trình ( băng đột lỗ, băng từ nhớ máy tính….) Các hệ đầu, máy NC sử dụng cáp logic hệ thống, Phương pháp điều khiển theo điểm đoạn thẳng, mà gia cơng chi tiết đơn giản lỗ hay đường thẳng song song với chuyển đơng mà máy có Các hệ sau, với phát triển khoa học – kỹ thuật cơng nghệ máy tính, cơng nghệ phần mềm , máy NC cài đặt cụm vi tính , vi xử lý việc điều khiển lúc phần lớn hay hoàn toàn Phương pháp điều khiển theo đường biên, tức có mối qua hệ hàm số chuyển động theo hướng tọa độ Các máy NC gọi máy CNC (computer numerical control) ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 Hiện máy sử dụng phổ biến trình sản xuất, đặc biệt nước có cơng nghiệp phát triển 1.1.2 Đặc trưng máy CNC - Tính tự động cao : máy CNC có suất cắt gọt cao giảm tối đa thời gian phụ, mức độ tự động nâng lên vượt bậc Tùy mức độ tự động, máy CNC thực lúc nhiều chuyển động khác nhau, tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dụng cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết qua tự động hiệu chỉnh sai lệc vị trí tương đối đối tượng chi tiết… - Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển máy thay đổi dễ dàng, nhanh chóng, thích ứng với loại chi tiết khác Do rút ngắn thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ Bất lúc sản xuất nhanh chóng chi tiết có chương trình, khơng cần sản xuất chi tiết dự trữ mà cần lưu trữ chương trình chi tiết Máy CNC gia cơng chi tiết nhỏ vừa, có khả đáp ứng công nghệ thay đổi, đặc biệt việc lập trình gia cơng cho máy khơng thiết phải thực máy mà thực máy tính - Tính tập trung ngun cơng cao: Đa số máy CNC thực phần lớn nguyên công khác mà không cần thay đổi vị trí gá đặt chi tiết, máy CNC có phát triển phối hợp với thành trung tâm gia cơng CNC - Tính xác đảm bảo chất lượng chi tiết cao: giảm hư hỏng sai sót người, có khả gia cơng hàng loạt với độ xác cao lặp lại, đặc điểm ưu việt máy CNC - Gia công biên dạng phức tạp : Máy CNC có khả gia cơng nhanh xác biên dạng phức tạp mà máy công cụ thông thường gia công được, ví dụ bề mặt chiều - Tính hiệu kinh tế kỹ thuật cao: có chế độ cắt lựa chọn tối ưu điều kiện q trình gia cơng bôi trơn làm mát… tốt hẳn so với q trình gia cơng máy thơng thường nên tuổi thọ dao tăng lên, tiết kiệm dụng cụ cắt, đồ gá, phụ tùng Giảm lượng phế ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 phẩm tiết kiệm người công, đồng thời giảm thời gian sản xuất, tăng thời gian sử dụng máy… - Bên cạnh ưu điểm trên, máy CNC có hạn chế định chi phí ban đầu cho cho việc mua máy lắp đặt lớn Hệ thống khí hệ thống điện hệ thống máy phức tạp, trình bảo dưỡng khó khăn tốn Và sử dụng máy CNC để gia công chi tiết đơn giản làm hiệu kinh tế thấp 1.1.3 Mơ hình khái quát máy CNC Máy gồm phần chính: phần điều khiển phần chấp hành: A Phần điều khiển a Các cụm điều khiển máy CNC - Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit): Cụm điều khiển hình thành sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị vào thiết bị số Nó coi trái tim máy công cụ điều khiển số CNC Lệnh CNC thực bên điều khiển thông báo cho mô tơ chuyển động quay số vòng cần thiết → trục vít me bi quay số vòng quay tương ứng → kéo theo chuyển động thẳng bàn máy dao Thiết bị phản hồi đầu vit me bi cho phép kiểm soát kết thúc lệnh số vòng quay cần thiết thực - Cụm dẫn động (Driving Unit): Cụm dẫn động tập hợp động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển, khuếch đại hệ dẫn động Trong đó, động sensor phản hồi thành phần đặc trưng cho máy công cụ điều khiển số CNC b Các loại động máy CNC để chạy dao: • Động chiều: - Ưu điểm: Momen khởi động lớn, dễ điều khiên tốc độ chiều, giá thành rẻ - Nhược điểm: Dải tốc độ điều khiển hẹp, phải có mạch nguồn riêng • Động xoay chiều: - Ưu điểm: Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều, đa dạng phong phú chủng loại, giá thành rẻ - Nhược điểm: Phải có mạch cách ly phần điều khiển phần chấp hành để đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ, mạch điểu khiển tốc độ phức tạp ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Cơng – 20168059 • Động bước: - Ưu điểm: Điều khiển vị trí, tốc độ xác, khơng cần mạch phản hồi, thường sử dụng hệ thống máy CNC - Nhược điểm: Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ • Động servo: Động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có lí ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác Loại động có số đặc điểm chung sau: - Momen quán tính nhỏ - Đặc điểm động học tốt - Thường tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay - Có dải tần số cơng tác rộng 0÷400 Hz Hình 1.1 Động bước B Phần chấp hành Gồm cấu gia công kim loại số cấu phục vụ vấn đề tự động hóa cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn….Cũng máy cắt gọt kim loại khác, phận trực tiếp tham gia cắt gọt kim loại để thành chi tiết Tùy theo khả công nghệ máy mà máy có: thân máy, bàn máy, trục chính,… kết cấu thiết kế với đặc điểm đáp ứng yêu cầu trình điều khiển tự động máy ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 - Thân máy: Bên thân máy chứa hệ thống điều khiển, động trục nhiều hệ thống khác - Đế máy: Để đỡ toàn máy tạo ổn định cân cho máy - Bàn máy: Là nơi để gá đặt chi tiết gia cơng hay đồ gá Nhờ có chuyển động linh hoạt xác bàn máy mà khả gia công máy CNC tăng lên cao, có khả gia cơng chi tiết có biên dạng phức tạp - Cụm trục chính: Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay trục sinh lực cắt để cắt gọt phơi q trình gia cơng - Băng dẫn hướng: Hệ thống trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho chuyển động bàn máy theo X, Y chuyển động theo trục Z trục - Trục vít me, đai ốc: Biến chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến bàn máy - Ổ tích dụng cụ: Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho q trình gia cơng Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC thực nhiều nguyên công cắt gọt khác liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác 1.1.4 Các phương pháp điều khiển Một số phương pháp điều khiển máy CNC là: - Điều khiển điểm (điều khiển vị trí) : dùng để gia cơng lỗ phương pháp khoan, khoét, doa… - Điều khiển đường : dùng máy để gia công chi tiết mà dụng cụ căt thự lượng chay dao song song với trục tọa độ máy, thường áp dụng máy phay, máy điện đơn giản - Điều khiển theo đường viền: cho phép thực chạy dao nhiều trụ lúc, để gia cơng chi tiết có biên dạng phúc tạp ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ a Điều khiển điểm SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 b Điều khiển đoạn C Điều khiển đường Hình 1.2 Hình ảnh minh họa phương pháp điều khiển 1.2 Giới thiệu máy phay điều khiển số cnc (Computeriered Numberical Control) Máy phay điều khiển số CNC sử dụng phổ biến phân xưởng khí chế tạo khn mẫu nước ta Các máy phay CNC sử dụng nhập từ nước ngồi, chủng loại kiểu máy khác khác tùy thuộc vào hãng sản xuất Để mở rộng khả công nghệ thực tế người ta thương kết hợp máy phay CNC với khoan để tạo thành trung tâm gia công CNC Các trung tâm gia cơng thường có trục chuyển động dao, để tăng khả gia công máy biên dạng chi tiết phức tạp, máy có trục chuyển động chay dao trang bị bàn máy quay ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 1.2.1 Sơ đồ kết cấu động học máy phay CNC Hình 1.3 Kết cấu động học máy phay đứng CNC Hình 1.3 kết cấu động học máy phay đứng CNC, bao gồm ác phận sau: Cụm trục chính, hệ thống thay dao, bàn máy máy phay điều khiển CNC Cụm trục nơi gá đặt dụng cụ cắt tạo tốc độ cắt gọt Trục dẫn động động servo trục (trục Z) điều khiển , điều khiển điều chỉnh điều khiển CNC, có khả cho tốc độ quay giới hạn thiết kế máy Hệ thống truyền động cụm trục tích hợp hệ thống phanh khí nén, nhằm phụ vụ cho việc thay đổi rốc độ quay thời gian ngắn Tốc độ quay trục ln cảm biến đo phản hồi điều khiển CNC Trên trục có lắp đặt hệ thống gá kẹp dụng cụ tự động khí nén thủy lực nhằm tự động hóa hồn tồn q trình thay dao Chuyển động theo trục Z máy cụm trục thực hiện, dẫn động nhờ động servo trục Z thơng qua truyền vít me đai ốc bi, điều khiển điều chỉnh điều khiển CNC kín, có phản hồi ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 Hệ thống thay dao máy phay CNC tự động hóa hồn tồn , thơng thường ổ chứa kết hợp với kẹp dụng cụ kép Vị trí thay dao cụm trục vị trí xác định nhà sản xuất nhằm không xảy tượng va đập với chi tiết phận khác máy trình thay dao Hiện nay, nhà sản xuất trung tâm gia cơng khí CNC đưa hệ thống thay dao đơn giản ổ chứa dao tự hành, vừa có chức chứa dao, vừa có chức thay dao tự động Bàn máy máy phay CNC thơng thường có hai khả chuyển động theo trục X Y , dẫn động nhờ động servo, thông qua truyền động vitme bi, điều khiển điều chỉnh tốc độ điều khiển CNC kín có phản hồi Bộ điều khiển CNC máy phay có nhiệm vụ biên dịch chương trình điều khiển số nạp vào điều khiển , tiến hành xử lý thông tin phát lệnh điều khiển cấu chấp hành Các lệnh điều khiển phân nhánh thành lệnh hệ : hệ lệnh đường hệ lệnh đóng ngắt nhằm điều khiển trình thình thành hình dáng hình học chi tiết 1.2.2 Các cấu đặc trưng máy phay điều khiển số A Hệ thống kẹp tháo dụng cụ tự động máy phay CNC Hệ thống kẹp tháo dụng cụ máy phay CNC tích hợp trục với nguồn lượng tháo dụng cụ khí nén khép chặt hệ thống lò xo đĩa Trình tự tháo lỏng dụng cụ thực sau: khí nén vào phía xylanh đẩy piston chuyển động xuống , thông qua trục kẹp ép lò xo đĩa làm mỏ kẹp mở đẩy dụng cụ khỏi trục , đồng thời khí nén thổi qua tâm trục kẹp làm bề mặt gá kẹp Trình tự kẹp chặt dụng cụ thực sau: dụng cụ cài đặt vị trí trục chính, khí nén đưa vào phía xylanh đẩy piston lên, hệ thống lò xo đĩa đẩy trục kẹp lên, kéo hệ thống mỏ kẹp chuyển động theo lên trên, gặp gờ chặn mỏ kẹp kẹp chặt đuôi dụng cụ kéo lên phía ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Cơng – 20168059 Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống kẹp tháo dụng cụ tự động B Hệ thống đường dẫn hướng máy phay CNC Hệ thống dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho bàn máy theo trục X,Y chuyển động lên xuống theo trục Z Gồm dạng dẫn hướng:dẫn hướng bi dẫn hướng ma sát trượt Yêu cầu: hệ thống trượt phải thẳng,có khả tải cao,độ cứng vững,trơn trượt,khơng có tượng dính C Hệ thống thay dao tự động máy phay CNC Trong máy phay điều khiển số trung tâm gia cơng có khí hệ thống thay dao có hai dạng : ổ chứa dao kết hợp với tay kẹp dụng cụ kép ổ chứa dao tự hành Dạng thứ nhất: Hệ thống thay dao có ổ dao kết hợp với tay kẹp dụng cụ kép, chương trình điều khiển số NC gọi dụng cụ điều khiển CNC điều khiển ổ chứa dao quay, đưa dụng cụ gọi vào vị trí sẵn sàng thay dao đồng thời 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 + Mux: + Sum: 49 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 + XY Graph: Tương ứng với “Đáp ứng” “Tín hiệu đặt”: + Subsystem: Tương ứng với “PID_Ban_Y” “PID_Ban_X”: • PID_Ban_Y: 50 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 Hàm truyền Y: • PID_Ban_X: 51 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 Hàm Truyền X: + Clock: + Fcn: 52 SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Chứa hàm điều khiển động học ứng với bàn máy X Y đảm bảo vị trí điểm đầu, cuối bàn máy Như việc thiết lập mơ hình Matlab-Simulink hồn thiện Trở lại với ví dụ điều khiển thẳng: Cho đầu dao chạy từ điểm A(0,0) đến C(1,1) Từ công thức ta xác định hệ số Vậy hàm quỹ đạo: a0 = a1 = 0; a2 = 0, 75; a3 = −0, 25 x(t ) = y (t ) = 0,75t − 0, 25t ta có f ( u ) = 0, 75* u ^ − 0, 25* u ^ Khi khối Fcn_X Fcn_Y cài đặt sau: Khởi tạo thời gian t = 2(s) công cụ: Tiến hành chạy chương trình cách Click vào Run công cụ - Kết mô phỏng: 53 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 + Scope bàn X, Y: Nhận xét: Tín hiệu phản hồi bám sát so với tín hiệu đặt + Tín hiệu đặt đáp ứng: Nhận xét: Tín hiệu “Đáp ứng” thực tế sát với “Tín hiệu đặt”, kết ta đường thẳng thỏa mãn điều kiện đề 4.3.2 Điều khiển theo cung tròn: - Sơ đồ thuật tốn: 54 SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Bắt đầu A( x0 , y0 ), C ( xc , yc ), I ( xI , y I ), R, t ,i, N , egh Đưa hàm x = xI + R cos ϕ y = yI + R sin ϕ Bộ PID ϕi +1 = ϕi + Bộ PID π N ϕi +1 = ϕi + π N xdk = x0 + R cos ϕi +1 ydk = y0 + R sin ϕ i +1 ∆ = xdk − x ≤ egh ∆ = ydk − y ≤ egh Bộ PID điều khiển vị trí bàn x với tham số: Bộ PID điều khiển vị trí bàn y với tham số: K P = 4889,496 K P = 4965,5277 K I = 27898,5421 K I = 24926,208 K D = 198,5358 K D = 228,8646 Điều khiển bàn X Điều khiển bàn Y 55 SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Kết thúc Ta có phương trình đường tròn qua hai điểm đường có phương trình - A( x0 , y0 ), C ( xc , yc ) ( x − xi ) + (y− yi )2 = R Thiết kế quỹ đạo di chuyển theo cung tròn tâm I I ( xi , yi ) = I ( Với x0 + xc y0 + yc , ) 2 + Thiết kế quỹ đạo hình học: trung điểm AC ( x − xi ) + (y − yi ) = R + Thiết kế quỹ đạo động học: quan hệ s = Rϕ nên thay việc xác định dịch chuyển động biểu diễn theo s(t) ta xác định the góc - nhận AC làm ϕ (t ) bán kính R nửa chiều ϕ (t ) = s(t ) / R dài AC với tâm đường tròn : Độ dời dịch chuyển đường tròn đa thức bậc thời gian: s (t ) = as + as1t + as 2t + as 3t s(t ) as as1t as 2t as 3t ϕ (t ) = = + + + R R R R R ϕ (t ) = a0 + a1t + a2t + a3t - Khi cho vị trí đầu, ví trí cuối vận tốc đầu, cuối theo góc ϕ : ϕ , ϕt ωt = 0, ω0 = ϕ (t ) = a0 + a1t + a2t + a3t ϕ&(t ) = a1 + 2a2t + 3a3t Với t = t =t thay vào hệ phương trình ta tính được: ϕ0 = a0 ϕt = a0 + a1t + a2t + a3t ; ω0 = = a1 ωt = = 2a2t + 3a3t 56 SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Từ ta tính được: a0 = ϕ a1 = 3(ϕt − ϕ0 ) a2 = t2 −2(ϕt − ϕ0 ) a3 = t3 ( x − xI ) + ( x − xI ) = R 2 x = xI + R cos ( ϕ (t ) ) y = yI + R cos ( ϕ (t ) ) ϕ (t ) = a0 + a1t + a2t + a3t a0 = ϕ0 , a1 = 0, a2 = - 3(ϕt − ϕ0 ) −2(ϕt − ϕ0 ) , a3 = t t3 Khi cho vị trí đầu, ví trí cuối, vận tốc đầu vận tốc cuối: x − xI x0 = xI + R cos ( ϕ0 ) x − xI ⇒ cos ( ϕ0 ) = ⇒ ϕ0 = arccos R R y0 = yI + R sin ( ϕ0 ) xt = xI + R cos ( ϕt ) ϕt = a0 + a2t + a3t ; yt = yI + R sin ( ϕt ) ωt = = 2a2t + 3a3t ÷ = a0 a1 = ⇒ a1t = x −xI a0 = ϕ0 = arccos ÷; a1 = R xt = xI + R cos( a0 + a2t + a3t ) xt − x I a0 + a2t + a3t = arccos ÷ R 2a2t + 3a3t = xt − xI x0 − x I a2t + a3t = arccos R ÷− arccos R ÷ ( 1) ( 2) −3a3 a2 = t Thay phương trình (2) vào (1) ta được: 57 SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ −t x − xI a3 = arccos t R x0 − xI ÷− arccos ÷ R 2 x − xI x0 − xI a3 = − arccos t ÷− arccos ÷ t R R a2 = Đặt t2 xt − xI arccos R x0 − xI ÷− arccos R ÷ x − xI x0 − xI w = arccos t ÷− arccos ÷ R R Ta có: x0 − xI a0 = arccos R ÷ a1 = 3w a2 = t −2w a = t3 Ví dụ: Cho đầu dao chạy từ điểm A(0;0) đến điểm C(1;0) theo quỹ đạo đường tròn R=0,5 Thời gian t0 = 0; t = Trung điểm I AC có toạ độ: Ta có: I (0,5;0) xI = 0,5 s (0) = A(0,0) x(0) = x0 = v(0) = v = v (0) = ⇒ x s (tc ) = C (1,0) x(t c ) = xt v(tc ) = vc = vx (t c ) = x − xI w = arccos t R x0 − xI ÷− arccos R ÷ = −3,141 58 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 − 0,5 x0 − xI a0 = arccos ÷ = arccos ÷ = −1,57 R 0,5 a1 = 3w ( −3,141) a2 = = = −0,589 t −2 w −2.(−3,141) a3 = = = 0,098 t 43 Ta thu hàm: Fcn_Ban_X: Fcn_Ban_Y: f ( u ) = 0,5 + 0,5cos( −1,57 + * u − 0,589 * u^ + 0,098* u^ 3) f ( u ) = + 0,5sin( −1,57 + * u − 0,589 * u^ + 0,098* u^ 3) - Kết mô phỏng: + Scope bàn X, Y: + Tín hiệu đặt đáp ứng 59 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Cơng – 20168059 Nhận xét: “Tín hiệu đặt” “Đáp ứng” tương đồng, điều khiển đảm bảo yêu cầu bám quỹ đạo cho trước 60 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 PHỤ LỤC % CODE KHAO SAT HE ON DINH CUA HE clc num=290; % khai bao tu so ham truyen den=[680 8123.54 182000];% khai bao mau so ham truyen w=tf(num,den); % tao ham truyen tu hai ham da tao tren bode(w)% ve thi Bode nyquist(w)% Ve thi nyquist step(w) % ve dap ung kich thich buoc nhay cua he roots(den)% tim diem cuc cua he impulse(w)% ve dap ung ham luong cua he 61 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Phạm Văn Hùng, PGS.TS Nguyễn Phương, 2007 Cơ sở máy công cụ NXB Khoa học & kĩ thuật Catalog hãng PMI, website: www.pmi-amt.com PMI ballscrews catalog, Precision motion industries, INC AMT linear guideway, Precision motion industries, INC Catalog hãng sản xuất ổ bi SKF, website: www.skf.com Catalog hãng sản xuất động ANILAM website:http://www.acu-rite.com Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, 2006 Tính tốn thiết kế dẫn động hệ thống khí, tập I, II NXB Giáo dục Tạ Duy Liêm, 2002 Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ NXB Khoa học & kĩ thuật Nguyễn Đắc Lộc, Tăng Huy, 2000 Điều khiển số công nghệ máy điều khiển số CNC NXB Khoa học & kĩ thuật 62 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Đinh Sỹ Công – 20168059 MỤC LỤC 63 ... Sơ đồ kết cấu động học máy phay CNC Hình 1.3 Kết cấu động học máy phay đứng CNC Hình 1.3 kết cấu động học máy phay đứng CNC, bao gồm ác phận sau: Cụm trục chính, hệ thống thay dao, bàn máy máy... thống đường dẫn hướng máy phay CNC Hệ thống dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho bàn máy theo trục X,Y chuyển động lên xuống theo trục Z Gồm dạng dẫn hướng :dẫn hướng bi dẫn hướng ma... trưng máy CNC - Tính tự động cao : máy CNC có suất cắt gọt cao giảm tối đa thời gian phụ, mức độ tự động nâng lên vượt bậc Tùy mức độ tự động, máy CNC thực lúc nhiều chuyển động khác nhau, tự động